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我科学家发现新一代无脱靶基因编辑工具

2019-06-11 16:07:27    来源:

人民网上海6月11日电 (记者 姜泓冰) 6月10日深夜,《自然》期刊在线发表题为《DNA单碱基编辑技术引起RNA脱靶及其通过突变消除RNA活性》的研究论文。中科院脑智中心杨辉研究组等通过全转录组RNA测序,首次证明了BE3、BE3-hA3A和ABE7.10等多个DNA单碱基编辑技术均存在大量的RNA脱靶,ABE7.10还具有较强的致癌风险。研究人员进而对三种单碱基编辑工具进行突变优化,使其完全消除RNA脱靶的活性,首次获得三种更高精度的单碱基编辑工具,为单碱基编辑技术进入临床治疗提供了重要基础。

基因编辑应用于临床的最大瓶颈是脱靶问题,单碱基编辑技术因能够实现高精度“打靶”而被科学界寄予厚望。其中,单碱基编辑技术BE3可以在不切断DNA双链的情况精确的引入由C/G到T/A的点突变;单碱基编辑技术ABE7.10可以由T/A突变成C/G的技术,对于基因突变导致的遗传疾病的治疗具有重大意义。

全球有7000种罕见病,3亿病患中,50%为儿童。单碱基编辑技术正是脊髓性肌营养不良、地中海贫血、血友病、视网膜黄斑变性、遗传性耳聋等罕见病的基因治疗的热门工具。

《自然》发表的新研究成果由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心(神经科学研究所)杨辉研究组和四川大学华西二院/生命科学学院郭帆研究组、中国科学院上海营养与健康研究所隶属的计算生物学研究所李亦学研究组合作完成。

已往对基因编辑工具的脱靶检测都瞄准在DNA水平,杨辉团队将检测范围扩展到RNA水平,通过精巧的实验设计,证明RNA脱靶主要是由于融合在Cas9上的脱氨酶导致。他们通过对混合细胞和单细胞水平的RNA突变位点进行分析,发现RNA突变位点和目的靶向序列没有相关性,是由脱氨酶产生的随机脱靶位点。因此,此前已被应用到多种疾病模型上成功纠正遗传突变的单碱基编辑工具存在无法预测的RNA脱靶,有较大的致癌风险。其中,被寄予厚望的ABE7.10不仅存在大量的RNA脱靶,更会导致大量的癌基因和抑癌基因突变,具有较强的致癌风险。

为了获得更加精准的单碱基编辑工具,杨辉团队对单碱基编辑的胞嘧啶脱氨酶和腺嘌呤脱氨酶分别进行了突变优化,获得了能够完全消除RNA脱靶并且维持DNA编辑活性的高精度单碱基编辑工具。他们开发的ABE(F148A)突变体还能够缩小编辑窗口,实现更加精准的DNA编辑。该技术在特异性和精确性上超越了ABE7.10,有望在未来成为一种更加安全、更加精准的基因编辑工具,应用于临床治疗中。

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